[0,1]上连续函数L^p范数当p→+∞时极限等于最大值的证明问询
各位好,我现在在做一个分析题,遇到了瓶颈,想请教下大家:
设 $f:\mathbb{R}\to\mathbb{R}$ 是在闭区间 $[0,1]$ 上连续的函数,需要证明:
$$ \lim_{p \to +\infty} \left( \int_{0}^{1} |f|^{p} \right)^{\frac{1}{p}}=\max_{x\in[0,1]}|f(x)| $$
我已经完成了一部分推导,先把目前的进展放出来:
首先证明了不等式的上界部分:
因为对任意 $x\in[0,1]$,都有 $|f(x)| \leq \max_{x\in[0,1]}|f(x)|$,所以两边p次方后积分再开p次根,就有:
$$ \left( \int_{0}^{1} |f|^{p} \right)^{\frac{1}{p}}\le \left( \int_{0}^{1} \left(\max|f|\right)^{p} \right)^{\frac{1}{p}}=\max|f| $$
这里利用了f在闭区间连续的性质,根据魏尔斯特拉斯极值定理,$\max|f|$ 是一个有限实数,这一步应该是没问题的。另外我还想到了一个和向量范数相关的角度:
对于每个 $x\in[0,1]$,把 $(f(x),0)$ 看作 $\mathbb{R}^2$ 中的向量,那么显然有:
$$ |f(x)|^{p}=\left( \left| (f(x), 0) \right|{p} \right)^{p} $$
而且存在正的常数c、C,使得:
$$ c \cdot \max(|f(x)|, 0)^{p}\le \left( \left| (f(x), 0) \right|{p} \right)^{p}\le C\cdot \max(|f(x)|, 0)^{p} $$
现在我想从下方来估计这个极限,本来打算用Holder不等式或者Minkowski不等式,但试了几次都没找到正确的打开方式,有没有大佬能指点一下后续该怎么推进?或者有没有其他更合适的方法?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者iki




